С именами всё в порядке.

k8s
Название идёт от слова Kubernetes где между буквой K и s ровно 8 символов. Разработчик Google выпуск первой версии в 2014 г. до этого разробатывался как Borg.

k3s
Название идёт по аналогии формата имени k8s. k3s является разработкой Ranger Labs и представляет из себя лёгкую версию k8s выпушен в 2019 г.

Хорошая статья от traefik сравнения k3s с k8s на английском.
Статья от habr.ru «k3s младший брат k8s».

k9s
В Америке «K-9» называют служебных собак полиции, по аналогии для помощи k8s придумали утилиту k9s которая в консольном режиме помогает быстро работать с кластером Kubernetes. Who Let The Pods Out?

Архитектура.

• Контрольный Узел (Control plane)
  
• Рабочий Узел (Worker node)
  
• Хранилище ETCD
• Kubectl (CLI)

В мире Kubernetes никто никому приказов не отдаёт , каждый элемент отвечает за свою часть инфраструктуры и всё что он делает это приводит свою часть вида в форму которая описана в хранилище ETCD.

Kubernetes-кластер состоит из одной или более Master node и из одной или более Worker node. Сервисы работающие на Worker node называются Kubernetes control plane при этом Master node используется только для административных задач а Worker node для запуска реальных контейнеров.

Минимальный набор компонентов кластера:

• Control plane:
  • apiserver
  • controller-manager
  • kube-scheduler
  • etcd
• Worker nodes:
  • kubelet
  • kube-proxy

• Распределённая и высоконадёжная БД
• Хранит состояния всего кластера

Это Key-Value база данных в которых хоронятся вся информация о кластере и его объектах. Это очень важная база данных в которой содержится состояния всего кластера. Если мы теряем etcd и резервной копии нет, то по сути и кластер мы тоже теряем. Почему использовать именно etcd? потому что она создана в основе быть распределённой и отказоустойчивой а значит очень надёжной БД. Как правило в production используется как минимум три экземпляра etcd. Не смотря что это БД не стоит менять в ней что-то в ручную, так как ничего нигде не будет логгироватся и компоненты в кластере начнут «глючить». API-Server это единственный компонент который пишет на прямую в etcd.

• Точка входа для всех запросов в кластер
• Обрабатывает все запросы и обновляет информацию в etcd
• Выполняет аутентификацию и авторизацию клиентов

API-сервер это по сути шлюз в наш кластер, он на прямую пишет в etcd-Хранилище, и все компоненты кластера не зависимо чем они занимаются общаются только через API-сервер прося его что-то поменять в etcd. API-сервер представляет из себя REST и gRPC Сервер. Все утилиты для управления и мониторинга Кластера также работают через API-сервер. Также утилита kubectl, при желание к API-сервер можно обратится через curl.

 curl http://localhost:8080/api/v1/namespace/default/pods   

• Сервис который включает в себя множество других сервисов, таких как:
  • node controller - обнаружение и контролирование нод
  • replication controller - поддерживает нужное количество контейнеров приложения
  • endpoints controller - обслуживает объекты Endpoints
  • account controller -
  • token controller - создаёт токены для API
• Проверяет состояние кластера через API-сервер и выполняет необходимые изменения

Kube-controller-manager приводит текущие состояния кластера к желаемому. Например мы через утилиту kubectl сказали API что хотим запустили три новых контейнера. API нам отрапортовала что «ОК» всё сделано, но реально ничего никаких контейнеров нет и кластер только в этот момент начинает переводить себя к новому состоянию. То-есть в данный момент компонент controller-manager посмотрит в etcd через API и увидеть что нам нужно запустить три новых контейнера, а объекты этих контейнеров еще не созданы и он создаёт на манифестах новых контейнеров и сложит их в etcd тоже через API. Данный контролер создаёт точки доступа для контейнеров в кластере с помощью которой создаётся сетевая связность приватной сети kubernetes. Не смотря что это группа из нескольких service но физически они находятся в одном бинарнике controller-manager.

• Получает список всех рабочих нод в кластера
• Скоринг (оценивает ноды по множеству параметров)
• Выбирает лучшую и записывает это в API

Это компонент который определяет расположения контейнеров на нодах. По сути он отслеживает контейнеры у которых еще не назначен хост для запуска и выбирает ноду на которой они должны работать. Зачем это нужно ? в реальном сценарии у нас есть несколько рабочих нод на котором мы можем запускать наши контейнеры, причём контейнеры у нас все разные с ихними требованиями, например у некоторых контейнеров есть ограничение по нодам допустим контейнер надо запустить в определёной группе серверов например по географической локации, или же обиспечить требования контейнера запустится только на ноде где есть SSD-Диски или есть требования контейнера к памяти которая было создана при создание/декларации контейнера. Всем этим и занимается Kube-scheduler. По алгоритмам он создаст список нод с скорингом, и после выбора ноды для определённых контейнеров через API сохраняется значение node-name в etcd для определённого контейнера.

• Docker (наиболее распрострянёный docker.com)
• Containerd (CNF.io)
• CRI-O (RedHat использует её в OpenShift cri-o.io)

• Общается с Docker (или другой системой контейнеризации) через API для управления контейнерами
• Передаёт информацию о статусе обратно с API-сервер
• Мониторинг состояние контейнеров

Kubelet это основной компонент Kubernetes на каждой рабочей ноде кластера, проверяет API-сервер на предмет появления новых контейнеров которые долыжны быть развёрнуты на данной ноде. Зачем он вообще нужен? Дело в том что контейнеров runtime не знает ничего о Kubernetes или kube-API или хранилище etcd, поэтому нам нужна какая-то прослойка между нашими управляющими компонентами и средой выполнения контейнеров которая бы этой средой и управляла. Kubelet при нужде запускает, удаляет контейнеры на данной ноде, и передаёт статус о контейнере обратно в API-сервер, который вносит поправление в etcd, также он постоянно мониторит статус контейнера и репортует статус ноды в API-сервер.

• Конфигурирует правила сети на узлах
• Обычно использует iptables на worker-ноде

Kube-proxy это сервис который отвечает за сетевое взаимодействие между контейнерами. Он конфигуриет правила iptables (в новой версии это IPVS) при помощи которых работают сетевые подключения к вашем подам с внутри и снаружи кластера.

Pod это основная логическая еденица Kubernetes. Физически он предстовляет из себя группу контейнеров запускаемых как единое целое.

• Pending - объект был создан, и возможно для него уже назначен хост для запуска, но сам контейнер еще не был запущен.
• Running - все контейнеры Poda запущены и работают.
• Succeeded - все контейнеры завершили работу
• Failed - все контейнеры остановлены, как минимум один контейнер не корректно завершил работу
• Unknown - kube-apiserver не в курсе, что происходит с подом, обычно бывает когда kublet долга не репoртует статус пода.

1. Пользователь отправляет запрос «создать новый под» с помощью утилиты kubctl на API Server
2. API Server логирует его и передаёт его в etcd
3. etcd сообщает обратно в API Server что запрос принят и сохранён
4. API Server обращается к kube-scheduler
5. kube-scheduler определяет Worker-node на которой будет создан pod и отправляет результат обратно в API Server
6. API Server отправлявт эти сведенья в etcd
7. etcd сообщает обратно API Server что запрос принят и сохранён
8. API Server обращается к kubelet на соответствующей Worker-node
9. kubelet обращается к docker-daemon (или другой Container-Runtime) через его API, задача на этой node запустить контейнер или несколько если их в поде их много
10. kubelet отпровляет статус pod обратно на API Server
11. API Server обновляет статус в etcd

• Kubernetes the hard way. Он вас научит поднимать кубернетс с нуля, и всё настраивать руками.ссылка

• kubeadm Утилита для развёртываня кластера, много чего придётся делать руками, подходит для продакшн. в Сертификации CKA тоже могут попастся вопросы про kubeadm. ссылка
• kubespray сценарий на Ansible, который поставит Kubernetes и всё сделает за вас, едиственное что вам нужно это прописать инвентарь, тоесть на каких серверах ставить какие IP использовать, что нужно дополнительного добавить. А на выходе получаем рабочий кластер, автоматизирует много действий которые мы бы делали с kubeadm. ссылка
• kops прадкшен готовае решиние, оно в большенстве отточено запускать кубернетес в облaках.

• EKS Amazon Elastic Kubernetes Service (Amazon EKS)
• GKE Google Kubernetes Engine
• AKS Azure Kubernetes Service
• DigitalOcean DigitalOcean.com

• Kind поможет зарвернуть кластер кубернетес на локальном компьютере, поддержывает мулти-ноде, мастер-ноде ссылка
  • Minikube это один из самых распространённых способов локально развернуть кубернетес , минус что развернуть можно только одну ноду ссылка
  • Microk8s пакет в репозиториях ubuntu итд. который устанавливает локально сервисы кубернетес как systemd service. Минусы тоже только одна нода, и нужен менеджер пакетов snap.
  • Docker destop для Windows и MacOS

На Ubuntu Server «22.04.4 LTS (Jammy Jellyfish)» устанавливаем docker deamon по инструкции с docs.docker.com

 for pkg in docker.io docker-doc docker-compose docker-compose-v2 podman-docker containerd runc; do sudo apt-get remove $pkg; done
 

 # Add Docker's official GPG key:
 sudo apt-get update
 sudo apt-get install ca-certificates curl
 sudo install -m 0755 -d /etc/apt/keyrings
 sudo curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg -o /etc/apt/keyrings/docker.asc
 sudo chmod a+r /etc/apt/keyrings/docker.asc
 
 # Add the repository to Apt sources:
 echo \
   "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.asc] https://download.docker.com/linux/ubuntu \
 $(. /etc/os-release && echo "$VERSION_CODENAME") stable" | \
 sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null
 sudo apt-get update

 sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin

systemctl enable docker
systemctl start docker

 sudo usermod -aG docker sergej
 # sergej это мой пользователь, выяснить можно с whoami 

sergej@minikube:~$ docker ps
CONTAINER ID   IMAGE                                 COMMAND                  CREATED       STATUS       PORTS 

Обратите внимание на минимальные требования 2CPU,4GB RAM,20GB HDD в официальной документации minikube

 curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
 sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube && rm minikube-linux-amd64

 # ... команда нужна для запуска кластера, может занять некоторое время
 sergej@minikube:~$ minikube start
 # ... проверяем status   
 sergej@minikube:~$ minikube status
 minikube
 type: Control Plane
 host: Running
 kubelet: Running
 apiserver: Running
 kubeconfig: Configured

Так как работа с kubernetes идёт через kubectl, и так как у нас minikube нам постоянно надо обрашатся к кубернетес через minikube kubectl … можно создать на эту длинную команду алиас. в «~/.bashrc» у пользователя и добавить в самый низ строку

 alias kubectl="minikube kubectl --"

# загружем новый алиас в окружающею среду 
sergej@minikube:~$ source ~/.bashrc
# проверяем алиас
sergej@minikube:~$ kubectl version
# выдаст чтото на подобие
kubectl version 
Client Version: v1.30.0
Kustomize Version: v5.0.4-0.20230601165947-6ce0bf390ce3
Server Version: v1.30.0

 sergej@minikube:~$ docker ps
 CONTAINER ID   IMAGE                                 COMMAND                  CREATED       STATUS       PORTS                                                                                                                                  NAMES
 57faf071dcd9   gcr.io/k8s-minikube/kicbase:v0.0.44   "/usr/local/bin/entr…"   3 hours ago   Up 3 hours   127.0.0.1:32768->22/tcp, 127.0.0.1:32769->2376/tcp, 127.0.0.1:32770->5000/tcp, 127.0.0.1:32771->8443/tcp, 127.0.0.1:32772->32443/tcp   minikube

видно что присутствует один контейнер с ID «57faf071dcd9» давайте посмотрим что там в нутри.

 sergej@minikube:~$ docker exec -i -t 57faf071dcd9 /bin/bash
 root@minikube:/#
 # здесь можно посмотреть все контейнеры с помощью "docker ps"
 # выходим
 root@minikube:/# exit

Но не обизательно делать этот долгий путь для проникновения в рабочею среду minikube! можно также туда попасть набрав :

 sergej@minikube:~$ minikube ssh
 # выходим   
 root@minikube:/# exit

 # дириктория ".kube" будет создана после установки minikube афтоматически
 cd ~/.kube/
 # смотрим конфигурацию
 cat config

или та же самая актуальная конфигурация:

 kubectl config view

проверяем информаьию про кластер

 sergej@minikube:~$ kubectl cluster-info
 Kubernetes control plane is running at https://192.168.49.2:8443
 CoreDNS is running at https://192.168.49.2:8443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy

 To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.
 

показываем все ноды (no сокращённо node)

 sergej@minikube:~$ kubectl get no
 # output
 NAME       STATUS   ROLES           AGE    VERSION
 minikube   Ready    control-plane   174m   v1.30.0
 

показываем все поды (po сокращённо pods)

 sergej@minikube:~$ kubectl get po
 # output